PASER 在混合气体激活介质中的理论计算

在受激辐射粒子加速中（PASER）, 受激介质中处于激发态的电子跃迁到基态时辐射的光子能量直接以量子形式转移给从它旁边经过的电子。本文首先对单个电子束团穿过受激介质时产生的电场进行了理论推导，并分别对受激的二氧化碳混合气体和受激氟化氩混合气体进行了计算。计算结果表明加速梯度可以达到1GV/m，比现有的普通的加速器加速梯度20~30MV/m高两个数量级。此外，通过二维模型进一步分析了电子微束团串穿过受激的混合气体介质获得的能量增益。结果表明电子束团串可以显著地吸收受激介质中的量子态能量，且吸收的能量与相互作用长度成正比。在相互作用长度等于0.5m时对束团参数和其它的量对能量交换的影响进行了分析。通过理论计算给出了电子获得最大能量增益时的优化参数。     

背向受激瑞利散射的理论研究

提出一个新颖的模型来描述受激散射过程.由于光与介质相互作用会引起介质内折射率变化,我们引入德拜弛豫关系来描述折射率对光场的响应,通过求解非线性耦合波方程得到了受激瑞利散射的增益因子,并分析了德拜弛豫常数对二波之间能量耦合的影响,以及导致解受激散射的各种物理机制.     

受激热散射与布里渊散射的竞争及其共轭特性

研究了因掺杂硝酸铜而具有不同吸收系数的丙酮液体作为主振荡功率放大(MOPA)系统相位共轭镜时．液体中受激热散射(STS)与受激布里渊散射(SBS)之间的竞争及其相位共轭输出特性。结果显示．随着吸收系数的增加．受激热瑞利散射(STRS)将抑制受激布里渊散射或受激热布里渊散射(STBS)而成为主导过程．且其增益随着吸收系数的增加而增加．能量相对起伏随着吸收系数的增加而降低：由于阈值效应．弱抽运时受激热瑞利散射与受激布里渊散射一样将丢失原始波前中较弱的相位信息：在适当的吸收系数和抽运条件下利用吸收液体中的受激热瑞利散射获得高品质相位共轭是完全可能的。     

受激布里渊散射的空间光限幅效应的数值研究

采用布里渊噪声起源模型求解受激布里渊散射瞬态耦合波方程,数值模拟了截面光强为高斯分布的光束通过布里渊介质后的光强分布。结果表明,透射光束截面光强呈现出近似平顶的超高斯分布,光强峰值被限制,显示出受激布里渊散射的空间光限幅效应。当改变相互作用长度或者介质增益系数,即可以改变受激布里渊散射的产生阈值,进而改变输出脉冲空间限幅的幅值。     

建立100TW飞秒放电准分子系统的可能性

数值模拟表明，对飞秒ＸｅＣｌ准分子系统的辐射进行受激拉曼散射变换时，能获得具有 列可观特性的脉冲：增益带逆向宽度小的持续时间，高度倾斜的前沿和高的反差。提出一种四通道串联受激拉曼散射脉冲合成的原则系统，表明在电极间距为１０ｃｍ，光束为２１束，每束能量为１Ｊ的输出放电模型中放大时，可获得１２０ＴＷ的总输出功率。     

波长1.65μm的光纤受激拉曼散射放大器

制成了工作波长为 1.65μm的光纤受激拉曼散射放大器。研制了波长1.53μm的双级磷酸盐光纤爱激拉曼散射转换器抽运该放大器，制成信号增益带最大值位于1.6-1.7μm的放大装置。受激拉罢散射放大器的基质是芯中GeO2分子含量25%的光纤。不同输入信号功率时的增益系数为20-25dB 。计算表明，使用标准通信光纤(GeO含量低的）可通过降低光纤接合处的光学损耗提高该系统的增益系数。     

单模光纤中受激布里渊散射阈值研究

分析和讨论了受激布里渊散射(SBS)阈值计算的Smith模型和Küng模型,研究了更为准确估算光纤中布里渊散射阈值的方法,通过布里渊增益系数与光纤长度的关系,发现对于较短长度光纤,其布里渊增益系数随着光纤长度变化范围较大,仅在长距离光纤时,布里渊增益系数才可以近似为常数。实验测量了25 km单模光纤的受激布里渊散射阈值,推导出用布里渊时域反射仪(BOTDR)测量受激布里渊散射阈值计算公式,最后用布里渊时域反射仪测量了不同长度光纤受激布里渊散射阈值,实验结果与理论分析吻合。     

基于不等频二步激发Ca蒸气产生的受激和串级受激辐射

由氮分子激光器同步泵浦的两台染料激光器二步激发Ca蒸气,产生位于红外和可见光波段的受激和串级受激辐射.文中对产生受激辐射的机制,包括单重态之间的碰撞能量转移等过程,作了分析和讨论.     

钛宝石激光激发高效率1.053μm拉曼激光的产生(英文)

在450ps钛宝石(Ti:sapphire)激光激发下,获得了C3H6O的受激拉曼散射(SRS),以钕玻璃为荧光增强介质,放大了1.053μm的Stokes辐射,能量转换效率达到17.5%,一阶斯托克斯波带宽为25nm,脉冲宽度为318ps。讨论了皮秒脉冲激发的受激拉曼散射效应及荧光增强SRS机理及其潜在应用。     

单频大功率光纤放大器中抑制受激布里渊散射的理论分析

对单频大功率光纤放大器中的受激布里渊散射(SBS)抑制问题进行了分析和模拟。建立了双包层光纤放大器的含有受激布里渊散射效应的传输方程组,并考虑了温度差对受激布里渊增益系数的影响。通过数值求解方程组研究了前向、后向和双向抽运方式下,抽运功率、对流系数、光纤长度和斯托克斯频率偏移对受激布里渊散射增益的影响。在抽运功率、对流系数和光纤长度均相同的条件下,后向抽运方式的受激布里渊增益最小;对流系数或光纤长度的减少会降低受激布里渊增益。计算了总抽运功率为1kW,三段抽运方式下的受激布里渊增益,其结果远远大于增益阈值。因此,设计单频大功率光纤放大器宜采用后向抽运方式,尽量减小光纤外表面空气的对流速度以增加温度差,同时应该尽量缩短光纤长度。     

受激布里渊散射的新介质

为了寻找性能良好的受激布里渊散射(SBS)介质,根据SBS对介质的要求,试验了几种全卤代烃新介质。测定或计算了增益系数、声子寿命和吸收系数等参数。四氯乙烯(C2Cl4)具有良好的SBS特性,其增益系数为9.0cm·GW-1,声子寿命为0.59ns,吸收系数为0.003cm-1。分析和讨论了介质化学结构对SBS特性的影响。     

高功率自由空间拉曼放大技术研究进展(特邀)

高功率特殊波段激光在钠信标、激光测距、激光雷达、自由空间通信等领域具有重要的应用价值。目前，基于受激拉曼散射(stimulated Raman scattering, SRS)的拉曼激光器及放大器已经被证实为拓展激光波段和功率的有效途径。不同于基于粒子数反转激光器在产生和放大过程中需匹配激光增益介质固有的吸收和发射谱，SRS过程理论上能够在其拉曼增益介质透过光谱的全范围内工作，故只需要相互作用光束的频率差满足拉曼增益介质的固有频移，便可实现光束之间的能量直接转移。因此，拉曼放大技术能够利用常规波段的泵浦光对特殊波段的种子光进行放大，从而实现高功率、大能量、高光束质量的特殊波段激光输出。该方法具备波长选择灵活、结构简单、功率拓展性强等优点，近年来已经在钠信标光源等领域得到了应用。文中综述了高功率自由空间拉曼放大技术的主要原理、特性和研究进展，并对其发展趋势和应用前景进行了展望。     

介质化学结构对受激布里渊散射特性的影响

为了研究介质化学结构与受激布里渊散射(SBS)的关系,分析了介质化学结构对极化率、电致伸缩系数、增益系数、声子寿命、布里渊频移、吸收系数和光学击穿阈值等受激布里渊散射特性的影响。讨论了不同介质SBS特性有差异的因素。     

紧凑型超辐射光泵重水气体THz激光器的研制

研制了一种紧凑型超辐射光泵重水气体THz激光器系统,并通过改变THz激光激活室的长度,对THz信号出射光强度与信号增益长度之间的关系进行了实验研究;利用半经典理论,对两者之间的关系进行了理论计算和求解.实验和理论计算结果表明,THz信号出射光强度跟信号增益长度之间存在非线性的关系.在工作气压、温度和泵浦光强度一定的条件下,激光工作室长度存在最佳值,此时介质对信号光的增益和吸收达到平衡,出射的THz信号光强最大,继续延长介质工作长度将会导致THz输出信号的逐步减弱.根据以上结果可以设计确定相关THz激光工作室的最佳长度.     

渡越辐射箔组系统中电磁波的受激放大和X射线激光器的展望

讨论了渡越辐射箔组系统中电磁波的受激放大问题,并且计算了这种系统中电磁波的增益和辐射强度.定性地分析了利用受激共振渡越辐射产生X射线激光的可能性并引入了相应的物理模式.     

包层抽运掺镱光纤激光器中受激拉曼散射和受激布里渊散射效应

高功率光纤激光器大多选用掺镱双包层光纤作为增益介质,由于光纤尺寸较小,极易在光纤谐振腔中产生受激布里渊散射、受激拉曼散射效应。包层掺镱双包层光纤激光器中一旦发生受激拉曼散射和受激布里渊散射效应,其产生高强度信号成为高功率光纤激光器的主要噪声来源,影响激光输出的特性和稳定性。对包层抽运掺镱光纤激光器中的受激布里渊散射和受激拉曼散射进行了实验研究,在单模双包层光纤中观察到受激布里渊散射和受激拉曼散射。实验结果表明,在光纤谐振腔中,抽运方式、谐振腔输出镜损耗、受激瑞利散射对受激布里渊散射的影响较大,尤其是受激瑞利散射为谐振腔提供了附加反馈,不仅压窄激光信号的线宽,而且使得受激布里渊散射的阈值迅速降低。     

基于MOPA结构的1064nm单频光纤激光器

为了抑制受激布里渊散射效应, 提高单频窄线宽种子源的放大功率, 采用主振荡功率放大器结构, 并对光纤长度、纤芯直径和抽运参量进行优化, 实现了42W的1064nm信号光输出。实验中, 一级放大采用914nm半导体激光器作为抽运源, 增益光纤芯径10μm, 长度8m;二级放大采用976nm半导体激光器作为抽运源, 增益光纤芯径20μm, 长度2.4m。在种子光功率40mW、一级放大的抽运功率6.8W、二级放大的抽运功率85W时, 得到了42W的1064nm信号光输出。结果表明, 光光转换效率约49.4%, 偏振消光比27.5dB; 输出信号光中心波长1064.5nm, 线宽约70MHz, 保持了种子光的单频特性。在42W连续输出时没有观察到受激布里渊散射, 继续增大抽运功率, 有望实现更高功率的放大。     

从爱因斯坦的受激辐射理论看激光的特性

本文介绍了爱因斯坦的受激辐射理论，阐述了受激辐射的特性和激光辐射的特性。并指出激光的基本特点是高光子简并度。激光的特性是由受激辐射的本质决定的。     

熔融石英中实现高效率的百毫焦受激布里渊散射

固体布里渊增益介质是目前实现高稳定、高重复频率受激布里渊散射(SBS)的重要光学元件，能够产生高光束质量的相位共轭光。然而，不同于被广泛研究的液体布里渊增益介质，目前针对固体布里渊增益介质如何产生高效率高能量的SBS尚无成熟的研究。近日，笔者团队以块状熔融石英作为布里渊增益介质，在高强度纳秒激光脉冲泵浦下，围绕熔融石英中的SBS能量转换效率和损伤阈值与泵浦光纵模的关系开展了研究，实现了最高单脉冲能量183.1 mJ、反射率为81.0%、斜效率高达85.8%的相位共轭光输出。该研究结果对于实现高功率全固态的SBS相位共轭镜，进而提升脉冲激光器的输出功率水平、获得高稳定高效率的SBS运转具有重要的指导意义。     

自由电子激光辐射和迴旋辐射的比较研究

在自由电子激光器中一般存在两种受激辐射形式:自由电子激光辐射和迴旋辐射。本文从理论上阐明,如果电子束的初始横向速度较大,自由电子激光器的参数选用不当,则迴旋辐射将占优势,特别当电子束能量较低时,产生迴旋辐射的倾向更大。但是迴旋辐射并不具有双重多普勒频率上漂移的特性,由于受轴向磁场强度的限制,在电子束能量较高时,其辐射频率要比自由电子激光辐射频率低得多。因此在自由电子激光器的实验研究中,如何区别这两种辐射,并有效地抑制迴旋辐射,是一个十分重要的课题。